LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 12·10 / 2026

KHI · 0130 phút

Mô hình động học phân tử chất khí, đại lượng trạng thái và đổi đơn vị

Phân tử va thành bình, p–V–T, đổi đơn vị

Mục tiêu

  • Nêu được các giả thiết của mô hình động học phân tử chất khí và khí lí tưởng; dùng chúng giải thích vì sao khí có áp suất, vì sao nén khí thì áp suất tăng, vì sao nung khí thì áp suất tăng.
  • Nêu được ba đại lượng trạng thái pp, VV, TT của một lượng khí và đơn vị SI của chúng.
  • Đổi được áp suất (Pa, atm, mmHg, bar), thể tích (L, cm³, m³) và nhiệt độ (∘^\circC sang K) về đơn vị SI trước khi thay vào công thức.

Khởi động

Bơm căng một quả bóng rồi dùng ngón tay ấn vào: bóng "cứng lại". Để quả bóng ngoài nắng một lúc, nó căng hơn. Không ai thấy từng phân tử khí trong bóng, vậy mà ta giải thích được cả hai hiện tượng chỉ bằng một hình ảnh: vô số hạt rất nhỏ chạy lung tung và đập vào thành bóng. Hình ảnh đó chính là mô hình động học phân tử.

01Kiến thức cần nhớ

1. Phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng

Hạt phấn hoa trong nước (chuyển động Brown) nhảy ngẫu nhiên vì bị vô số phân tử nước xô đẩy không đều từ mọi phía. Chất khí cũng vậy: các phân tử luôn chuyển động hỗn loạn (hướng bất kì, tốc độ khác nhau) và không ngừng. Nhiệt độ càng cao, các phân tử chuyển động càng nhanh; vì thế nhiệt độ liên quan tới mức "nhanh" của chuyển động nhiệt (bài 5 sẽ làm rõ bằng công thức).

2. Mô hình động học phân tử của chất khí

Chất khí thoả các giả thiết đó gọi là khí lí tưởng. Khí thật ở áp suất không quá lớn và nhiệt độ không quá thấp có thể coi gần đúng là khí lí tưởng; các định luật trong chương này vì thế đều là gần đúng, rất tốt với không khí ở điều kiện thường.

Tương tácXi lanh và pít-tông
kéo pít-tông sang trái hay phảiV = 5 L
0123456p (10⁵ Pa)
Va chạm vào thành: 0 lần/s

Kéo pít-tông (hoặc thanh V) vào để nén: chấm cùng tốc độ nhưng gặp thành thường xuyên hơn, số va chạm mỗi giây và áp kế tăng. Rồi kéo T lên: chấm chạy nhanh hơn, va chạm nhiều và mạnh hơn. Chấm vàng là phân tử vừa va chạm vào thành.

3. Đại lượng trạng thái: pp, VV, TT

Trạng thái của một lượng khí (khối lượng xác định) được mô tả bằng ba đại lượng:

Đại lượngKí hiệuĐơn vị SIÝ nghĩa
Áp suấtpppascal (Pa), 1 Pa=1 N/m21\,\text{Pa}=1\,\text{N/m}^2Lực khí nén vuông góc lên một đơn vị diện tích thành bình
Thể tíchVVmét khối (m³)Thể tích bình chứa (khí chiếm toàn bộ bình)
Nhiệt độ tuyệt đốiTTkenvin (K)Đo mức chuyển động nhiệt của phân tử

Nhiệt độ tuyệt đối liên hệ với nhiệt độ Celsius tt theo T=t+273T=t+273 (khi cần chính xác hơn dùng 273,15273{,}15; đề sẽ nói rõ). Một độ chia trên thang kenvin bằng một độ chia trên thang Celsius, nhưng T=0 KT=0\,\text{K} ứng với −273 ∘C-273\,^\circ\text{C} là giới hạn thấp nhất không đạt được.

Khi một trong ba đại lượng thay đổi, thường kéo theo ít nhất một đại lượng khác thay đổi: đó là nội dung của các định luật ở các bài sau.

4. Giải thích định tính bằng mô hình

Mỗi lần một phân tử đập vào thành bình rồi nảy ngược lại, thành bình nhận một lực đẩy rất ngắn. Hàng tỉ tỉ va chạm mỗi giây hoà thành một lực đều đặn; lực đó chia cho diện tích chính là áp suất. Từ đó:

  • Nén khí ở nhiệt độ không đổi (thể tích giảm): cùng số phân tử dồn vào chỗ hẹp hơn nên gặp thành bình thường xuyên hơn, số va chạm trên mỗi đơn vị diện tích mỗi giây tăng, nên pp tăng.
  • Nung khí ở thể tích không đổi: phân tử chạy nhanh hơn, va chạm nhiều hơn và mạnh hơn nên pp tăng.
  • Nung khí ở áp suất không đổi (pít-tông tự do): để va chạm không mạnh thêm quá mức, thể tích phải tăng (phân tử thưa ra) nên khí giãn nở.
xung lượngtới thànhnảy ra
Phân tử nảy đàn hồi: thành phần vận tốc vuông góc với thành đổi chiều, thành phần song song giữ nguyên; thành nhận xung lượng hướng ra ngoài

02Tóm tắt

  • Mô hình khí lí tưởng: phân tử rất nhỏ, chuyển động hỗn loạn không ngừng, không tương tác (trừ va chạm đàn hồi); áp suất do va chạm vào thành bình.
  • Ba đại lượng trạng thái: pp (Pa), VV (m³), TT (K), T=t+273T=t+273.
  • Nén khí: nhiều va chạm hơn; nung khí: va chạm nhiều và mạnh hơn.
  • 1 atm=1,013⋅105 Pa1\,\text{atm}=1{,}013\cdot10^5\,\text{Pa}; 1 L=10−3 m31\,\text{L}=10^{-3}\,\text{m}^3; luôn dùng áp suất tuyệt đối.
Tiếp theoPhương pháp →